Jupiter et Saturne se rapprochent petit à petit, la Grande conjonction du siècle est pour bientôt. Photo prise entre deux nuages, samedi 12 décembre, 1 seconde de temps de pose, ISO 500, foc 50mm

photo de Francois De Oliviera

Photo de Jean-Charles FARE

En cette fin d’année, les planètes Jupiter et Saturne vont se rapprocher. Du moins vu de la terre, nous aurons l’impression qu’elles seront très proche l’une de l’autre.

Ce phénomène s’appelle une conjonction planétaire géocentrique.  Le rapprochement apparent entre les deux astres sera à son maximum le 21 décembre. Elles ne seront séparées que de 0,1° soit un cinquième du diamètre de la la pleine lune. La dernière fois que cela est arrivé, c’était au moyen âge, en 1623 à l’époque de Galilée ! La prochaine fois qu’il y aura un écart aussi minuscule ce sera en 2080.

Cette impression de « double planète » ne sera qu’un effet d’optique vu de la Terre. En réalité, Jupiter et Saturne ne seront pas si proche que ça. En unité astronomique (UA : distance Terre-Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres.), Jupiter sera à 5 UA de nous et Saturne à 10 UA. En raison de leur mouvement autour du Soleil, les deux planètes gazeuses géantes se rattrapent tous les 20 ans environ.

Même si les planètes ne seront pas très hautes dans le ciel (moins de 20°),  ce phénomène sera visible en soirée en Normandie (juste après le coucher du soleil).

N’hésitez pas à jeter un coup d’oeil en direction du Sud-Sud Ouest à la tombée de la nuit à partir de la mi-décembre.

A l’oeil, aux jumelles ou au télescope, le spectacle devrait être très impressionnant : de belles photos en perspectives à faire avec les deux planètes sur le capteur.

Source : Stellarium

Michel DECONINCK coordinateur national de l’AWB (Les astronomes sans frontières) pour la France, propose un projet participatif sur la perception de la vision nocturne des objets très proches dans le ciel qui est mené par Nayoro Observatory « Kitasubaru » au nord du Japon. Vous pouvez poster le résultat de vos observations via son site : https://astro.aquarellia.com

Non, ce n’est pas la nouvelle formule magique de Harry Potter. Encore que… De voir le Soleil se lever le matin est comme un miracle chaque jour renouvelé. Hélios était le dieu du Soleil dans la mythologie grecque. Et si Gaia, la déesse Terre, n’avait pas eu un accès de colère en l’an -227, nous aurions été émerveillés de visiter l’île de Rhodes et son immense statue d’Hélios, le célèbre Colosse de Rhodes, l’une des Sept Merveilles du monde.

C’est à ce dieu du Soleil que l’astronome français Jules Janssen pensait peut-être, lorsque le 18 août 1868 il observa une éclipse de Soleil et, pour la première fois dans le spectre de lumière, les raies (lignes sombres ou lumineuses dans le spectre de lumière) caractéristiques d’un nouvel élément chimique encore inconnu sur Terre. Hélium ! C’est le nom que lui donna l’astronome britannique Norman Lockyer.

L’hélium est le second élément chimique le plus abondant dans l’Univers. Il constitue à peu près 23% en masse de tout l’Univers observé. Pourtant, sur Terre, on n’en trouve quasiment pas. C’est un gaz trop léger pour rester dans l’atmosphère de notre planète. Saviez-vous que l’hélium que l’on utilise dans les ballons de baudruche est extrait de mines ? Et qu’il provient de la radioactivité alpha ? En effet, c’est un des produits de la désintégration de l’uranium. Un déchet nucléaire en quelque sorte.

Radioactivité alpha, ça vous parle ? Alpha est aussi grecque que Hélios, c’est la première lettre de l’alphabet grec. C’est cette lettre que les physiciens ont choisie en 1898 pour désigner l’une des 3 sortes de radioactivité (alpha, beta, gamma). Et c’est dans l’étude de cette radioactivité alpha que le physicien néo-zélando-britanique Ernest Rutherford parvint à comprendre la structure des atomes. Ils sont constitués d’un noyau lourd, central, et de particules légères, les électrons. Les électrons tournent autour du noyau comme les planètes tournent autour du Soleil. Le monde du très petit ressemble au monde du très grand, encore une sublime découverte scientifique !

Oui mais, comment comprendre les différentes lumières émises par ces atomes ? L’hydrogène par exemple, émet des raies de différentes énergies qui varient comme la suite mathématique 1, 1/4, 1/9, 1/16, 1/25… L’histoire des découvertes et de la compréhension des lois des atomes est racontée dans un excellent livre que je vous recommande vivement : « De l’atome au noyau : Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire » de Bernard Fernandez. En 1913, le physicien danois Niels Bohr propose une nouvelle physique avec de nouvelles règles, qu’on appellera « la physique quantique ». Contrairement au système solaire, le modèle planétaire de Bohr ne fonctionne que pour certaines trajectoires des électrons. Niels Bohr calcule les énergies lumineuses émises par l’atome d’hydrogène, et il trouve que ses résultats sont en parfait accord avec les observations. L’énergie E est proportionnelle à 1 divisé par n*n, avec n un entier, on a donc n=1 E=1, n=2 E=1/4, n=3, E=1/9 etc…  C’était le premier succès de cette physique quantique naissante. L’importance et l’intérêt de cette découverte atomique allait être confirmés par la résolution d’un problème astrophysique ! Le « mystère de Zeta Puppis ».

Crédit : STELLARIUM

Zeta est aussi une lettre grecque, la sixième de l’alphabet. Puppis est le nom latin de la constellation de la Poupe, une constellation située sous la constellation du Grand Chien et l’étoile Sirius. Zeta Puppis est donc une des étoiles de cette constellation, c’est même la plus brillante avec une magnitude 2,1. Selon la règle de Bayer, un astronome du 16^e siècle, elle aurait dû prendre le nom de Alpha Puppis, puisque c’est la plus brillante. Elle porte aussi les noms de Naos (du grec Temple) et Suhaïl Hadar qui signifie littéralement « l’étoile brillante du sol » en arabe. En fait, elle est difficilement observable depuis nos régions car elle est située très bas sur l’horizon. Du coup, elle paraît moins brillante, parce que sa lumière est très affaiblie par la traversée des épaisses couches de l’atmosphère, d’où son nom de Zeta, et non Alpha. C’est au sud de la France, ou même mieux, dans l’hémisphère sud, qu’on pourra l’observer plus facilement, pensez-y la prochaine fois que vous voyagerez.

Crédit : WIKISKY.ORG

L’étoile est située très loin, à plus de 1000 années-lumière. Zeta Puppis est une des étoiles les plus chaudes que l’on puisse voir à l’œil nu. Sa température de surface est de 42 000 degrés, à comparer aux 5 600 degrés de notre Soleil qui fait pâle figure. C’est une étoile d’un bleu extrême. Dans cette lumière, dès 1896, les astronomes avaient observé des raies spectrales mystérieuses. Cela ressemblait beaucoup aux lumières émises par les atomes d’hydrogène, avec des énergies suivant la série 4, 1, 4/9, 4/25…, donc avec un décalage systématique en énergie par un facteur 4 par rapport à l’hydrogène. De quel atome encore inconnu provenaient ces raies ? Un hydrogène survitaminé ? Bohr n’eut guère de peine à interpréter ces observations. Dans sa formule de l’atome d’hydrogène, l’énergie est proportionnelle à  Z*Z divisé par n*n, Z=2 pour l’hélium, on a donc 4 divisé par n*n, d’où 4, puis 1, puis 4/9 etc… Il suffisait donc simplement de remplacer la charge de l’hydrogène (Z=1, c’est le nombre d’électrons) par la charge de l’hélium (Z=2, deux électrons dans un atome d’hélium) ! L’énergie calculée allant comme le carré de la charge Z, on obtient un facteur 4. Les raies observées dans les lumières de Zeta Puppis étaient donc celles d’atomes d’hélium ionisés (excités) dans l’atmosphère ultra chaude de cette étoile, raies encore inconnues en laboratoire à l’époque mais prédites par Bohr.

Oh, histoire merveilleuse,

Des différents mondes,

Celui des dieux,

Des atomes et des cieux,

Qui parlent et se répondent,

Dans une langue lumineuse !

Cela commence par un message d’un membre du club, Jeanne : « Tu as vu cette photo ? Très jolie mais… Trop belle pour être vraie, non ? » La photo avait été postée sur Facebook par Romain de Bellescize (je n’ai malheureusement pas réussi à le contacter). On y voit un avion rose dans la nuit, passant devant la Lune. C’est net, c’est beau. Selon son auteur, la photo a été prise 10 minutes après le coucher du soleil, depuis le sud de Mâcon, le 23 juillet 2018. Vrai ou faux ? Enquêtons !

Un avion, ça turbule énormément ! Cela est dû à l’effet de réfraction sur la lumière. En effet, la trajectoire de la lumière varie avec la densité de l’air. Si la densité de l’air varie, la lumière ne se propage pas tout droit. Et puisque la densité de l’air dépend de la température de l’air, qui varie rapidement avec les gaz chauds éjectés par les réacteurs, on devrait voir une image floue de la Lune derrière l’avion. Effectivement, sur un zoom on voit très bien le flou laissé par l’avion.

Cet avion est en train de tomber, non ? On a l’impression que l’avion est en train de tomber. On peut simuler le ciel observé depuis le sud de Mâcon. Si l’avion vole horizontalement, le fuselage de l’avion devrait suivre une ligne d’altitude constante. Effectivement, on peut voir sur la simulation ci-dessous que l’avion semble effectivement suivre une trajectoire parallèle à la ligne verte d’altitude constante de 22°. Autrement dit, l’angle entre la Lune et l’avion est correct, même si l’avion paraît penché il n’est pas en train de tomber, c’est l’appareil photo qui est penché.

L’avion semble trop petit par rapport à la Lune, non ? Il s’agit d’un avion probablement de type airbus A321 (forme particulière des ailes) ou Boeing 737. La taille de ces avions est de 45 et 35 mètres. Comparé à la Lune, l’avion est quasiment 6 fois plus petit. Sa taille angulaire apparente est donc de 0.5° (taille de la Lune) divisé par 6 = 0,083°. Après un petit calcul trigonométrique, on en déduit que l’avion était situé à une distance comprise entre 24 et 31 km (selon sa taille). Cela semble vraisemblable.

L’avion vole beaucoup trop bas, non ? La Lune était à 22° de hauteur. Un « petit » calcul permet de déterminer l’altitude de l’avion. Elle était comprise entre 9 km et 11,6 km (selon l’angle d’observation et les incertitudes). Cela est vraisemblable, les avions volent à une altitude proche de 10 km.

Un avion rose dans la nuit c’est étrange, non ? Eh ben non… Vu depuis le sol, le soleil s’est couché depuis 10 minutes, mais vu depuis l’avion, le soleil n’est pas encore couché et les passagers observent certainement un super coucher de soleil, d’où la couleur rose de l’avion. L’avion étant à une altitude typique de 10 km, on calcule que le coucher de soleil va se produire approximativement 13 minutes après le coucher de soleil vu depuis le sol, autrement dit, pour les passagers, le soleil va disparaître dans 3 minutes.

L’ombre des ailes de l’avion semble avoir un angle beaucoup trop grand, non ?  On voit que l’ombre de l’aile sur le fuselage fait un angle de 11 degrés par rapport au fuselage. L’ombre est placée vers le haut, c’est dans la bonne direction, le soleil étant en train de se coucher, l’ombre doit être dirigée vers le haut par rapport au fuselage. Un programme de simulation du ciel montre que le soleil est à 3 degrés sous l’horizon. L’angle mesuré de 11° semble trop grand, on s’attendrait à voir l’ombre à 3° par rapport à l’horizontale, c’est-à-dire par rapport au fuselage. C’est sans compter sur la forme des ailes de l’avion !

L’angle des ailes d’un Boeing 737 est de 7,3°. Si on ajoute 3° (angle du Soleil) aux 7,3° de l’angle des ailes, on obtient 10,3°, très proche de l’angle mesuré de l’ombre de l’avion. Autrement dit, l’angle de l’ombre observée correspond bien à l’angle théorique (en vérité, il y a d’autres effets à prendre en compte, mais ils sont négligés ici).

La Lune et l’avion sont éclairés différemment ! L’ombre de l’avion est dirigée vers le haut, mais l’ombre de la Lune est dirigée vers le bas ! Sur la figure ci-dessous, la direction des rayons du Soleil est indiquée avec les flèches jaunes.

En fait oui, et c’est normal ! L’ombre de la Lune ne doit pas être dans la même direction que celle de l’avion, c’est un effet de perspective. Pour un observateur au sol, le Soleil est couché, la lumière va du Soleil en bas vers le haut (ligne bleue ci-dessous, le Soleil est à droite, à l’ouest). Dans l’espace, les planètes et le Soleil sont pratiquement dans le même plan, et la lumière va tout droit du Soleil vers les planètes. La projection de ce plan sur la sphère de notre ciel donne une ligne courbée (ligne jaune ci-dessous), c’est la ligne de l’écliptique. La lumière du Soleil doit suivre cette ligne jaune (flèche rouge). On voit donc que l’ombre de la Lune est placée différemment par rapport à l’ombre de l’avion. Étonnant, non ?

Où est Charlie ? On peut regarder sur un site web comme flightradar24 si un avion est passé ce jour-là dans le sud de Mâcon, se dirigeant vers le sud ! (La photo de la Lune n’est pas renversée, l’avion se dirigeait donc vers le sud). Bingo !  Un seul avion passa à cette heure un peu plus au sud de Mâcon.

On remarque que les couleurs de l’avion photographié sont exactement les mêmes (arcs bleus) que celles de cette compagnie aérienne.

Il s’agissait donc du vol E47935, Poznan (Pologne) vers Faro (Portugal) de la compagnie polonaise EnterAir. C’est un avion de type Boeing 737 (40 mètres de longueur). Si la photo a été prise à 21H30, on en déduit la position de l’observateur (la position de l’observateur dépend de l’heure précise)

Effectivement, on est au sud de Mâcon. Flightradar24 nous dit que l’avion volait à 37 000 pieds, soient 11,3 km, c’est en accord avec nos calculs.

Conclusion La photo est authentique et Charlie était bien au sud de Mâcon.